Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка методов комплексной диагностики бортовой аппаратуры космических аппаратов на устойчивость к дугообразованию

Аннотация скачать
Постер скачать
Ключевые слова:
вакуумный разряд, электрическая изоляция в вакууме, защита бортовой аппаратуры и кабельной сети космических аппаратов

Цель проекта:
1. Проект направлен на решение проблемы дугообразования в радиоэлектронной аппаратуре космических аппаратов. 2. Целью проекта является создание комплекса научно-технических решений, необходимых для разработки оборудования для комплексной диагностики бортовой аппаратуры и кабельной сети (БАКС) космических аппаратов (КА) с целью выявления рисков дугообразования в процессе эксплуатации в условиях орбитального космического пространства, основанных на результатах экспериментальных исследований и математического моделирования процессов, приводящих к дугообразованию в БАКС КА.

Основные планируемые результаты проекта:
1. Планируемые результаты:
1.1. Комплекс научно-технических решений в составе:
1.1.1. Научно-технические решения для осуществления наземной имитации физических условий в модулях БАКС КА, соответствующих ситуациям риска дугообразования.
1.1.2. Научно-технические решения для осуществления мониторинга физических параметров среды и элементов в модулях БАКС КА и интеграции оборудования, реализующего мониторинг, в БАКС КА.
1.1.3. Технические решения для конструирования оборудования для наземной диагностики модулей БАКС КА на устойчивость к дугообразованию.
1.1.4. Программные решения для разработки алгоритма анализа конструкции модулей БАКС КА на устойчивость к электрическому разряду и дугообразованию в условиях эксплуатации КА.
1.2. Методика комплексного тестирования модулей БАКС КА на устойчивость к дугообразованию.
1.3. Технико-экономическое обоснование разработки продукции, технические требования и предложения по разработке, производству и эксплуатации продукции с учетом технологических возможностей и особенностей индустриального партнера – организации реального сектора экономики.
1.4. Проект технического задания на ОКР по теме: «Разработка рабочего места наземной экспериментальной отработки радиоэлектронной аппаратуры и бортовой кабельной сети космических аппаратов на устойчивость к дугообразованию».
2. Характеристики планируемых результатов:
2.1. Характеристики программных решений:
а) предсказание рисков электрического пробоя и дугообразования в модельной системе при заданных условиях;
б) функциональное моделирование эмиссионной активности среды и поверхностей в модельной системе, учитывающей конструктивные особенности элементов аппаратуры, физико-химические свойства используемых изоляционных материалов, эмиссионные характеристики металлических и диэлектрических поверхностей, факторы окружающей среды;
в) соответствие трёхмерной геометрии макромодели реальной геометрии аппаратных модулей БАКС КА;
г) наличие встроенных электронных таблиц эмиссионных характеристик поверхности материалов, потенциально используемых в БАКС КА;
д) наличие встроенных электронных таблиц параметров состояний и столкновений частиц нейтральных и ионизованных газов, входящих в состав окружающей атмосферы;
е) описание моделируемого объекта максимально полной системой уравнений с обоснованной возможностью сокращения системы.
2.2. Методика комплексного тестирования основывается на аппаратной реализации в виде технических решений следующих методов:
а) метод физического моделирования факторов орбитального космического пространства применительно к диагностике на устойчивость к дугообразованию;
б) метод обнаружения предпробойных состояний изолирующих промежутков в бортовой аппаратуре и кабельной сети космических аппаратов;
в) метод регистрации и локализации ранних стадий пробоя в бортовой аппаратуре и кабельной сети космических аппаратов;
г) метод оценки рисков дугообразования в бортовой аппаратуре и кабельной сети космических аппаратов.
2.3. Программные и аппаратные реализации разрабатываются совместно. Результаты программного анализа и экспериментальных проверок сравниваются, и на основании сравнений осуществляется их корректировка.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
1. Конечным продуктом реализации проекта является:
а) научно-техническая и технико-экономическая информация в объеме, достаточном для разработки ОКР на создание рабочего места для наземной экспериментальной отработки систем электропитания космических аппаратов на устойчивость к дугообразованию;
б) технические решения, реализованные в экспериментальном аппаратном комплексе;
в) программные решения, реализованные в экспериментальном образце программного комплекса, защищенном РИД (программа для ЭВМ);
г) методика комплексного тестирования модулей БАКС КА на устойчивость к дугообразованию, защищенная РИД (заявки на патенты, патенты).
2. Полученные результаты являются опережающими по отношению к уровню исследований в мире. В проекте проблема исследуется с привлечением более широкого круга явлений, приводящих к дуге.
3. На основании анализа опубликованных источников информации, проблема вторичного дугообразования в мире ограничена исследованиями исключительно в связи с электростатическими разрядами на элементах внешнего оборудования КА. В настоящем проекте разрабатывается решение проблемы, возникшей в 2000-х года и связанной с переходом систем электропитания КА на базовое напряжение 100 В, т.е. проблема является новой не только для российской космической отрасли, но и для мировой.
4. На уровне фундаментальной физики электрического разряда в вакууме и в газе низкого давления в исследованной области отсутствуют "белые пятна", поэтому настоящие исследования носят прикладной характер и отсутствуют риски, связанные с недостатком базовой информации. Работа имеет необходимое финансовое обеспечение. В настоящий момент ни организация-исполнитель (ИСЭ СО РАН), ни организация-партнер (АО "ИСС") не видит ограничений и рисков, способных воспрепятствовать достижению заявленных результатов.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
1. Планируемые результаты в целом имеют довольно узкую направленность практического использования, являющуюся следствием специфичности условий эксплуатации КА, на решение проблем которых направлен данный проект. Методическая значимость ожидаемых результатов, безусловно, шире, в частности, подходы для формирования элементов и алгоритмов телеметрии ранних стадий дуги в РЭА имеет практическое значение для силовой электроники.
2. Выполнение проекта находится под постоянным и неформальным вниманием со стороны АО «ИСС» – индустриального партнера. Полученные результаты будут использованы для разработки документации и опытных образцов оборудования в рамках СЧ ОКР, выполнение которой планируется сразу по окончании данного проекта ПНИ в рамках базовой технологии ОКР «Латент», «Промышленная технология выявления латентных дефектов бортовой радиоэлектронной аппаратуры космических аппаратов с длительным сроком активного существования на основе комплексного использования полей различной физической природы», предлагаемой ТП «НИСС» в «Проект перечня промышленных критических и базовых технологий на 2016-2025 годы».
3. В долгосрочной перспективе результаты выполнения данного проекта позволят уменьшить долю КА, вышедших из строя до окончания расчетного срока активного существования 15 лет, предъявляемого в настоящее время к спутникам связи и навигации. Повышение надежности САС КА повысит конкурентоспособность КА российского производства.
4. Международное сотрудничество в предметной области проекта по мнению исполнителей проекта должно быть противопоказано.

Текущие результаты проекта:
1. В соответствии с планом-графиком работ:
1.1. Изготовление и запуск в эксплуатацию ЭАК:
пункт задания выполнен в полном объеме. Выполнены технические (изготовление и закупка компонентов, сборочные и пусконаладочные работы) и организационные мероприятия (постановка установки на учет в ИСЭ СО РАН).
1.2. Экспериментальные исследования ЭАК:
работы проводятся в соответствии с "Программой и методиками экспериментальных исследований экспериментального аппаратного комплекса", разработанной на этапе 2 выполнения проекта.
1.3. Обработка и описание результатов экспериментальных исследований ЭАК:
работы ведутся параллельно с исследованиями.
1.4. Анализ результатов экспериментальных исследований ЭАК и их сравнение с результатами теоретических исследований:
работы планируются к выполнению по завершению экспериментальных исследований.
2. В соответствии с заявленными индикаторами на 2015 год (2 индексируемых статьи и 1 заявка на патент):
а) по результатам выполнения работ опубликованы 2 статьи, одна из которых в "IEEE Transactions on Plasma Science", другая в "ЖЭТФ";
б) находится в стадии подачи (ожидается присвоение номера) заявка на патент РФ на "Способ обнаружения дефектов сплошности диэлектрического покрытия на элементах радиоэлектронной аппаратуры".
Также подана заявка на регистрацию программы для ЭВМ.